专利名称：鳍式结构和制造采用该鳍式结构的鳍式晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造鳍式(fin)结构的方法，更具体地讲，涉及一种制 造用在半导体存储器件中的鳍式晶体管的方法。
背景技术：
鳍式晶体管适用于100nm或更小的设计规则(design rule )。具体地讲， 鳍式晶体管已经被作为低功耗、高效且高速的器件来研究。需要极端地具有 20nm的线宽或更小线宽的有源区来得到鳍式晶体管的全耗尽(fUll depletion)。为了得到满足这种要求的鳍式晶体管，制造作为有源区的鳍式结 构是非常重要的。传统地，使用侧壁技术(sidewall technique),紫外光刻、电子束光刻等 来形成鳍式结构。公知的方法是利用侧壁技术在硅基底上形成多晶硅鳍式结 构。第2005-0048727号美国专利申请公布公开了一种利用侧壁晶体生长来制 造鳍式晶体管鳍式晶体管的方法。在这些传统的方法中，由于线宽窄，因此鳍式结构的均匀性降低，且制造鳍式结构的成本高。发明内容本发明提供了一种均匀地形成价格低、可靠性高的鳍式结构的方法和制 造采用该鳍式结构的鳍式晶体管的方法。根据本发明的一方面，提供了一种在基底上制造鳍式结构的方法，该方 法包括在基底上形成多个台面结构，所述多个台面结构包括与鳍式结构对 应的侧壁；在台面结构上沉积非晶半导体材料，以形成非晶半导体层，所述 非晶半导体层包括直接形成在基底的表面上的部分和形成在台面结构的侧壁上的部分；在非晶半导体层上形成覆盖层；在形成在基底上的所得到的堆叠 结构中，去除台面结构的上表面上的非晶半导体层和覆盖层的部分；将台面 结构和覆盖层去除至预定的深度，以得到包括下部的鳍式结构，其中，所述 下部由台面结构和覆盖层的剩余部分支撑。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种制造包括为鳍式结构的有源区的鳍 式晶体管的方法，包括在基底上形成多个台面结构，所述多个台面结构包 括与鳍式结构对应的侧壁；在台面结构上沉积非晶半导体材料，以形成非晶半导体层，所述非晶半导体层包括直接形成在基底的表面上的部分和形成在台面结构的侧壁上的部分；在非晶半导体层上形成覆盖层；在形成在基底上的所得到的堆叠结构中，去除台面结构的上表面上的非晶半导体层和覆盖层的部分；将台面结构和覆盖层去除至预定的深度，以得到包括下部的鳍式结构，其中，所述下部由台面结构和覆盖层的剩余部分支撑。该方法还可包括在非晶半导体层上形成覆盖层之后，利用包括退火的结 晶工艺使非晶半导体层结晶。根据本发明的一个方面，可以在得到鳍式结构之后执行鳍式结构的结晶。可以利用SPE或液相外延来使鳍式结构结晶。如 果应用SPE,则基底可以是晶体基底。如果应用液相外延，则不需要结晶核。 因此，基底可以是非晶基底。可以利用准分子激光退火(ELA)来执行SPE。 在这种情况下，当鳍式结构被熔化成球形时，可以引发结晶。 非晶半导体层可以由硅形成。基底可以是硅晶片。台面结构和覆盖层可以由相同的材料形成，优选地由氧化硅形成。 该方法还可包括在形成台面结构之后，去除基底的表面上的氧化物。该 方法还可包括在形成非晶半导体层之后，将离子注入到非晶半导体层中。非 晶半导体层和离子可以由相同的材料形成。该方法还可包括将石圭离子注入到 非晶半导体层中。
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的以上和 其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中图1至图6是示出根据本发明实施例的制造鳍式结构的工艺的剖视图； 图7是示出根据本发明实施例的将离子注入到半导体层中的工艺的剖视图；图8A和图8B是示出根据本发明实施例的使鳍式结构结晶的方法的剖视 图和平面图；图9是示出根据本发明另 一 实施例的使鳍式结构结晶的方法的剖视图； 图IOA和图IOB是根据本发明实施例的鳍式晶体管的示意性剖视图11至图15是示出了根据本发明实施例的制造具有双层结构的鳍式晶体管的方法的示意性剖3见图；图16是示出了根据本发明实施例的具有三层结构的鳍式晶体管的剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图来描述根据本发明的制造鳍式结构的方法。该方法对应 于制造鳍式晶体管的鳍式有源区的方法。因此，根据该方法将容易理解根据 本发明的制造鳍式晶体管的方法。图l至图6是示出了根据本发明实施例的制造鳍式结构的工艺的剖视图。 在本发明的实施例中，硅将被描述为形成半导体层的材料的应用。如图l所示，具有预定长度的多个台面(mesa)结构2形成在硅基底1 上。台面结构2具有上表面2b和形成在上表面2b旁边的侧面2a。台面结构 2之间的距离必须根据两个相邻的薄膜晶体管之间的距离来被适当地调节。参照图2，在超高的真空气氛下对硅基底1进行加热，其中，提供H2以 利用还原反应来去除残留在硅基底1的表面上的天然的氧化物。在根据本发 明的制造鳍式结构的方法中选择性地釆用这个工艺。这个工艺可提高将在随 后的过程中在超高的真空气氛下形成的非晶硅层与基底之间的介面特性 (interface characteristic ), 从而有助于使珪结晶。如图3所示，非晶硅层3在硅基底1上形成为半导体层。可以利用超高 压-化学气相沉积(UHV-CVD)来形成非晶硅层3,以得到用于固相外延 (SPE)的高品质的基底与非晶硅之间的高品质的优良的介面特性。在台面 结构2的上表面2b和侧面2a及硅基底1的表面的暴露部分上形成非晶硅层3。 因此，非晶硅层3包括第一部分3a,形成在台面结构2的上表面2b上；第 二部分3b,形成在台面结构2的侧面2a上；第三部分3c，形成在硅基底1 上。非晶硅层3的第三部分3c接触硅基底1,并且从第三部分3c开始晶体的 生长。第二部分3b对应于将被结晶的鳍式结构，并随后被用作晶体管的有源 区。如图4所示，在非晶硅层3上形成覆盖层( capping layer) 4, 以埋藏非 晶硅层3。覆盖层4的厚度可以形成为足以充分地填充台面结构2之间的区 域。具体地讲，根据将在随后形成的鳍式结构的高度来调节覆盖层4的厚度。
覆盖层4可以由与形成台面结构2的材料相同的材料形成，例如由Si02形成。如图5所示，为了去除形成在台面结构2的上表面2b上的非晶硅层3的 第一部分3a,利用平面化工艺从堆叠在硅基底1上的材料的顶部开始对这些 材料进行抛光或蚀刻。这样使作为独立的鳍式结构的形成在台面结构2的侧 面2a上的第二部分3b鳍式结构相互隔离。通过将堆叠在硅基底1上的材料 的上部去除至预定的厚度，来实现平面化工艺。例如，可以利用化学机械抛 光(CMP)或非选#^生的干蚀刻来执行该平面化工艺。如图6所示，由非晶硅层3的第二部分3b来得到具有预定高度的鳍式结 构，然后，将台面结构2和埋藏鳍式结构的覆盖层4去除至预定的深度。结 果，保留了台面结构2和覆盖层4的部分，以支撑非晶硅层3的第二部分3b (下文中被称作鳍式结构)的下部。接着，利用包括热处理(比如快速热退 火(RTA)等)的公知的SPE来使鳍式结构3b结晶。鳍式结构3b的结晶从 鳍式结构3b的与具有单结晶性(single crystallinity)的硅基底1接触的那部 分开始进行。因此，鳍式结构3b和硅基底l被结晶为一体。如果通过这样的工艺来得到目标单晶硅的鳍式结构，则利用随后的公知 的方法来得到鳍式晶体管。根据本发明的一方面，可以在得到鳍式结构3b之前进行结晶。例如，可 以在参照图5描述的工艺之后或紧接着参照图5描述的工艺之后，进行利用 SPE的非晶硅层的结晶。换言之，根据本发明的一方面，可以在形成覆盖非 晶硅的覆盖层4之后，在任意步骤中进行非晶硅的结晶。为了得到高品质的单晶硅鳍式结构，在使非晶硅层3结晶之前需要去除 残留在非晶硅层3中的多晶硅的晶种(seed)等。为了达到这个目的，在形 成非晶硅层3之后，如图7所示，将硅离子注入到非晶硅层3中。硅离子撞 击具有高能量的非晶硅层3，从而破坏非晶硅层3的晶体硅的畴(domain), 以使得非晶硅更均匀。结果，硅离子防止非晶硅层3由于在非晶硅层3中存 在的非特定的硅晶种而结晶，并使非晶硅层3只从非晶硅层3与硅基底1接 触的那部分开始结晶。沿着相对于硅基底1倾斜的方向来将硅离子注入到硅 基底1中，以使硅离子充分地撞击台面结构2的侧壁。图8A和图8B是示出了根据本发明实施例的利用固相外延将图6中的鳍 式结构3b结晶成球形结构3b'的方法的剖视图和平面图。这里，球形结构3b' 是鳍式结构的变形，因此被当作是鳍式结构的一种类型。
参照图8A，利用准分子激光退火(ELA)将鳍式结构3b熔化并固化。 因此，鳍式结构3b被结晶为球形结构3b'。结果，如果硅基底l由晶体材料 形成，则可以得到单晶的鳍式结构。如果硅基底1由非晶材料形成，则可以 得到多晶硅鳍式结构。图8B是示出了参照图8A描述的利用ELA的方法的平面图。参照图8B, 线性激光束沿着一个方向(即，从向上的方向向着向下的方向)行进，以熔 化并固化鳍式结构3b,从而将鳍式结构3b结晶成球形结构3b'。图9是示出利用采用ELA的熔化和固化来形成晶体鳍式结构或多晶鳍式 结构的方法的剖视图。该方法在执行了先前的实施例中的参照图5描述的平 面化工艺之后进行。将准分子激光束照射到由于平面化工艺而暴露的鳍式结构3b的前端，以 熔化鳍式结构3b。此后，去除准分子激光束，使鳍式结构3b固化，以使鳍 式结构3b结晶。熔化的硅中与硅基底l接触的那部分首先固化。因此，晶体 从鳍式结构3b的下部向着向上的方向生长。如果硅基底1由非晶材料(例如玻璃或塑料)形成，则鳍式结构3b可以 由多晶硅形成。图IOA和图IOB是根据本发明实施例的鳍式晶体管的示意性剖视图。参照图10A,在作为有源区的鳍式结构3b上形成栅极绝缘体5。通过对 硅基底1和鳍式结构3b进行热氧化来得到栅极绝缘体5。在栅极绝缘体5上 形成栅极6。如图IOB所示，栅极6位于鳍式结构3b的中间部分，鳍式结构 3b的两侧被用作源极和漏极。在栅极6的两侧上都形成侧壁7，以使源极和 漏极彼此电绝缘。利用下面的工艺来制造具有这种结构的鳍式晶体管完成 鳍式结构3b;利用采用公知方法的热氧化来形成栅极绝缘体5;在栅极绝缘 体5上沉积栅极材料；将栅极材料图案化以形成栅极6;形成侧壁7。根据如上所述的鳍式结构和制造利用鳍式结构的鳍式晶体管的方法，可 以制造出多层的结构。在通过如上所述的工艺得到的鳍式晶体管上可以形成如上所述的鳍式结构。图11至图15是示出了根据本发明实施例的制造具有双层结构的鳍式晶 体管的方法的示意性的剖视图。如图11所示，利用釆用上述工艺得到的鳍式结构3b来制造具有单层结
构的薄膜晶体管(TFT)。这里，鳍式结构3b"用于形成新的硅晶种层，其中， 硅晶种层将在随后描述且不用于制造TFT。图11中示出的TFT与图10A中 示出的鳍式晶体管具有相同的结构，因此，相同的标号表示相同的元件。如图12所示，在TFT上形成钝化层8,在钝化层8中形成与鳍式结构 3b"对应的井8a，井8a用于形成新的硅晶种层。如图13所示，在钝化层8上沉积非晶硅，以形成非晶态的晶种层9。如图14所示，利用ELA等来使晶种层9结晶。晶种层9从井8a底部的 与鳍式结构3b"接触的那部分开始结晶。因此，沿着如箭头标注的井8a内的 垂直方向和钝化层8上方的水平方向执行晶体的生长。如图15所示，在晶种层9上形成台面结构20,以制造新的鳍式结构， 在台面结构20上沉积非晶硅层30。此后，利用先前参照图4至图6描述的 工艺来得到具有双层结构的鳍式结构，利用鳍式结构来制造具有双层结构的 TFT。图16是示出具有三层结构的TFT 100、 TFT 101和TFT 102的剖视图。 这里，可以利用上述方法来得到TFT 100、 TFT 101和TFT 102。如上所述，根据本发明，可以根据鳍式结构的沉积厚度来确定鳍式结构 的宽度。因此，可以制造具有极窄的宽度(即10nm或更小)的鳍式结构。 鳍式结构可以利用SPE在硅基底上结晶，以具有完全的单晶结构。鳍式结构 不依靠光刻，因此，可以以低成本来制造。具体地讲，由于可以利用覆盖层 来制造鳍式结构，因此，在施加物理的力的CMP工艺中，鳍式结构不发生变 形。结果，可以容易地控制鳍式结构的厚度和位置。虽然已经参照本发明的示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域 的普通技术人员应该理解，在不脱离如权利要求限定的本发明的精神和范围 的情况下，可以对本发明的示例性实施例进行各种形式和细节上的变化。
权利要求
1、 一种在基底上制造鳍式结构的方法，包括在基底上形成多个台面结构，所述多个台面结构包括与鳍式结构对应的 侧壁；在台面结构上沉积非晶半导体材料，以形成非晶半导体层，所述非晶半分；- 、、土 、 、 ； 、a 、' 、在非晶半导体层上形成覆盖层；在形成在基底上的所得到的堆叠结构中，去除台面鳍式结构的上表面上 的非晶半导体层和覆盖层的部分；将台面结构和覆盖层去除至预定的深度，以得到包括下部的鳍式结构，其中，所述下部由台面结构和覆盖层的剩余部分支杯者
2、 如权利要求l所述的方法，还包括在形成覆盖层之后，利用包括退火 的结晶工艺使非晶半导体层结晶。
3、 如权利要求l所述的方法，还包括在得到鳍式结构之后，利用包括退 火的结晶工艺使鳍式结构结晶。
4、 如权利要求3所述的方法，其中，利用固相外延和液相外延中的一种 来使鳍式结构结晶。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，基底是晶体基底。
6、 如权利要求5所述的方法，其中，基底和非晶半导体层是由硅形成的。
7、 如权利要求l所述的方法，其中，台面结构和覆盖层由氧化硅形成。
8、 如权利要求l所述的方法，还包括在形成台面结构之后，去除基底的 表面上的氧化物。
9、 如权利要求l所述的方法，还包括将离子注入到非晶半导体层。
10、 如权利要求9所述的方法，其中，非晶半导体层是硅半导体层，离 子是硅离子。
11、 一种制造包括为鳍式结构的有源区的鳍式晶体管的方法，包括 在基底上形成多个台面结构，所述多个台面结构包括与鳍式结构对应的侧壁；在台面结构上沉积非晶半导体材料，以形成非晶半导体层，所述非晶半 导体层包括直接形成在基底的表面上的部分和形成在台面结构的侧壁上的部分；在非晶半导体层上形成覆盖层；在形成在基底上的所得到的堆叠结构中，去除台面结构的上表面上的非 晶半导体层和覆盖层的部分；将台面结构和覆盖层去除至预定的深度，以得到包括下部的鳍式结构， 其中，所述下部由台面结构和覆盖层的剩余部分支撑。
12、 如权利要求11所述的方法，还包括在形成覆盖层之后，利用包括退 火的结晶工艺使非晶半导体层结晶。
13、 如权利要求11所述的方法，还包括在得到鳍式结构之后，利用包括 退火的结晶工艺使鳍式结构结晶。
14、 如权利要求13所述的方法，其中，利用固相外延和液相外延中的一 种来使鳍式结构结晶。
15、 如权利要求11所述的方法，其中，基底是晶体基底。
16、 如权利要求15所述的方法，其中，基底和非晶半导体层是由硅形成的。
17、 如权利要求11所述的方法，其中，台面结构和覆盖层由氧化珪形成。
18、 如权利要求11所述的方法，还包括在形成台面结构之后，去除基底 的表面上的氧化物。
19、 如权利要求11所述的方法，还包括将离子注入到非晶半导体层。
20、 如权利要求19所述的方法，其中，非晶半导体层是硅半导体层，离 子是硅离子。
全文摘要
本发明提供了一种鳍式结构和制造采用该鳍式结构的鳍式晶体管的方法。在基底上形成包括侧壁的多个台面结构。在台面结构上形成半导体层。在半导体层上形成覆盖层。因此，半导体层被覆盖层保护，并包括将被形成为鳍式结构的部分。通过平面化工艺来去除覆盖层的上部的部分，由此去除半导体层在台面结构的上表面上的那部分。结果，在台面结构的侧面上形成彼此隔离的鳍式结构。因此，可以形成具有非常窄的宽度的鳍式结构，并可以容易地控制鳍式结构的厚度和位置。
文档编号H01L21/336GK101123180SQ20071014180
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月13日 优先权日2006年8月11日
发明者朴永洙, 赵世泳, 鲜于文旭 申请人:三星电子株式会社